Cosa sono le armoniche del sistema di alimentazione?

Le armoniche dei sistemi di alimentazione sono i sottoprodotti dei dispositivi elettronici che si verificano quando determinati tipi sono collegati ai sistemi di alimentazione. Dispositivi come gruppi di continuità, personal computer e unità a frequenza variabile creano armoniche del sistema di alimentazione quando assorbono energia a impulsi brevi anziché in modo uniforme. Gli effetti di queste armoniche provocano tensioni distorte e problemi che incidono negativamente sulle prestazioni dei sistemi.

Le fonti di alimentazione elettrica mirano a fornire tensioni sinusoidali in modo coerente. Quando carichi non lineari o qualsiasi dispositivo che utilizza alimentatori a commutazione di stato solido per trasformare la corrente alternata in corrente continua sono collegati a una fonte di alimentazione, si ottengono armoniche del sistema di alimentazione. Un carico lineare ha una relazione di corrente continua in cui la potenza è proporzionale alla tensione con entrambe le onde che hanno la stessa forma. Lampade a incandescenza, motori e riscaldatori sono alcuni esempi di carichi lineari.

I carichi armonici che producono corrente sono non lineari, dove le forme d'onda di corrente e tensione differiscono l'una dall'altra per forma. Quando un tale carico assorbe energia, le tensioni armoniche sono generate dall'impedenza all'interno del sistema. Dispositivi ferromagnetici, unità di illuminazione a scarica e dispositivi ad arco sono alcuni esempi di carichi non lineari. Gli effetti delle armoniche del sistema di alimentazione possono essere piuttosto gravi a seconda dell'entità della distorsione di tensione.

In molti modi, il suo effetto è paragonabile a come lo stress influisce negativamente sul corpo umano. Alti livelli di distorsione armonica possono causare sporadici funzionamento dell'apparecchiatura, inefficienze del sistema di alimentazione e persino arresti. L'intero sistema di distribuzione delle utility e tutti i dispositivi collegati possono essere influenzati a vari livelli in vari modi. Ad esempio, le armoniche del sistema di alimentazione possono ridurre la durata dei condensatori o causarne il guasto o la rottura. I componenti possono inciampare, esplodere o essere danneggiati senza alcuna causa riconoscibile.

Le distorsioni di tensione armonica fanno funzionare i generatori in modo instabile e surriscaldano gli avvolgimenti nei trasformatori. Dispositivi come telefoni e computer potrebbero non funzionare in modo intermittente o presentare interferenze. Gli utenti possono ritrovarsi con eccessive bollette a causa dei contatori che registrano le misurazioni di potenza in modo errato.

I tecnici utilizzano molti metodi per ridurre le armoniche del sistema di alimentazione, che vanno da progetti più efficienti all'utilizzo di trasformatori di isolamento e delta-delta. Con un design migliore, le armoniche possono essere abbassate limitando i carichi non lineari a una determinata percentuale della capacità di un trasformatore. I trasformatori delta-delta spostano le relazioni di fase usando varie tecniche, che sono anche utili. I trasformatori di isolamento tentano di risolvere il problema aumentando e diminuendo la tensione del sistema in modo che corrisponda.